JP6337091B2 - Ultrasonic welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、オシレータを有する超音波溶接装置であって、該オシレータは、波長λで振動させることができ、対向電極に割り当てられることができ、かつ金属部品を溶接するための少なくとも１つの溶接領域を有するソノトローを具備し、ソノトロードは、波節の位置で第１の軸受に支持されていてなる超音波溶接装置に関する。 The present invention is an ultrasonic welding apparatus having an oscillator, which can be vibrated at a wavelength λ, can be assigned to a counter electrode, and at least one welding region for welding metal parts The sonotrode relates to an ultrasonic welding apparatus that is supported by a first bearing at the position of a wave node.
このような装置は、特許文献１から読み取れる。軸受は、径方向および軸方向の力のみならず、曲げモーメントおよびねじりモーメントを受ける。ここでは、軸受は、ソノトロードヘッド（ソノトロード領域には溶接面がある）からλ／４の間隔をあけて径方向に突出する第１の部分を有する。この部分自体は、ソノトロードの長手方向にかつソノトロードから間隔をあけて延びている第２の部分へ移行する。 Such an apparatus can be read from US Pat. Bearings are subject to bending and torsional moments as well as radial and axial forces. Here, the bearing has a first portion protruding radially from the sonotrode head (having a weld surface in the sonotrode region) at a distance of λ / 4. This part itself transitions to a second part extending in the longitudinal direction of the sonotrode and spaced from the sonotrode.
特許文献２によれば、超音波溶接装置のソノトロードは、ソノトロードの長手方向軸線に対し垂直に延びている多数のスタッドによって、個々に支持されている。 According to Patent Document 2, the sonotrode of an ultrasonic welding apparatus is individually supported by a number of studs extending perpendicular to the longitudinal axis of the sonotrode.
特許文献３からは、ワークピースを超音波加工するための装置が読み取れる。ここでは、ソノトロードが２つのブースタに接続されており、該ブースタにより、ソノトロードおよびブースタを有するオシレータを支持する。この目的のために、ブースタは、管またはスリーブによって囲まれる。管またはスリーブは、プレスばめまたはねじによって、ブースタと接続されている。 From Patent Document 3, an apparatus for ultrasonic processing of a workpiece can be read. Here, a sonotrode is connected to two boosters, and the booster supports an oscillator having the sonotrode and the booster. For this purpose, the booster is surrounded by a tube or sleeve. The tube or sleeve is connected to the booster by press fit or screws.
超音波溶接装置のオシレータを支持するための既知の装置は、高品質の再現可能な溶接工程を実行することができるように、ソノトロードを軸方向および径方向に整列するためには、煩雑な調整を必要とする。 Known devices for supporting the oscillators of ultrasonic welding equipment are complicated adjustments to align the sonotrode axially and radially so that a high quality reproducible welding process can be performed Need.
前述のタイプの超音波溶接装置を、煩雑な取付処置の必要なしに、構造的に単純な処置によって、ソノトロードの径方向および軸方向の整列が可能であるように、改善するという課題が、本発明の基礎になっている。 The problem of improving the above-mentioned type of ultrasonic welding apparatus so that radial and axial alignment of the sonotrode is possible by a structurally simple procedure without the need for complicated mounting procedures. It is the basis of the invention.
本発明により、上記課題は、第１の軸受が、突起部を有し、該突起部は、ソノトロードの長手方向軸線に延びている断面で、側辺および該側辺を結合する天辺を持つＵ字形のジオメトリを有すること、突起部は、Ｕ字形のジオメトリに適合しており、かつ、ソノトロードに形成された凹部に係合すること、ソノトロードは、突起部の天辺上で平坦に支持されていること、および、突起部の少なくとも１つの側辺によって、ソノトロードの軸方向整列を行なうことによって、実質的にこのことによって、解決される。この場合、突起部は、ソノトロードの長手軸線方向に延びている断面には、台形形状、特に対称的な台形を有する。 According to the present invention, the above-described problem is that the first bearing has a protrusion, and the protrusion is a cross section extending in the longitudinal axis of the sonotrode, and has a U-side having a side and a top side connecting the sides. Having a letter-shaped geometry, the protrusion conforms to the U-shaped geometry and engages a recess formed in the sonotrode, the sonotrode is supported flat on the top of the protrusion This is substantially solved by this and by making an axial alignment of the sonotrode by at least one side of the protrusion. In this case, the protrusion has a trapezoidal shape, particularly a symmetrical trapezoid, in a cross section extending in the longitudinal axis direction of the sonotrode.
本発明の教示により、ソノトロードの径方向配列を、ソノトロードが、天辺に割り当てられた平坦な部分を介して、天辺上に平坦に支持されていることによって、行なう。従来の技術と異なり、点状でなく、平坦な取付を行なう。 In accordance with the teachings of the present invention, the radial alignment of the sonotrode is performed by the sonotrode being supported flat on the top through a flat portion assigned to the top. Unlike conventional technology, it is not point-like but flat.
軸方向の整列を、ソノトロードのある部分が、突起部の側辺の少なくとも一方に接触しており、特に、同様に、平坦な支持を行なうことによって、行なう。残りの側辺に関しては、ソノトロードは、この側辺から間隔をあけていることができる。 Axial alignment is achieved by having a portion of the sonotrode in contact with at least one of the sides of the projection, and in particular by providing a flat support as well. For the remaining side, the sonotrode can be spaced from this side.
更に、第１の軸受が、天辺に対し横方向にかつソノトロードの長手方向に延びている支持体を有し、該支持体へ、ソノトロードを、該ソノトロードに作用する力を介して、押圧することができることが意図されている。 Further, the first bearing has a support body extending laterally with respect to the top side and in the longitudinal direction of the sonotrode, and the sonotrode is pressed against the support body via a force acting on the sonotrode. It is intended to be able to.
支持体の方向にソノトロードに作用する力は、ねじのような圧力要素を介して引き起こすことができる。圧力要素は、超音波溶接装置のハウジングまたは機械本体から始まることが可能である。 The force acting on the sonotrode in the direction of the support can be induced via a pressure element such as a screw. The pressure element can start from the housing or machine body of the ultrasonic welding apparatus.
本発明によれば、構造的に簡単な処置によって、ソノトロードの波節の位置で、すなわち、溶接領域からまたは該溶接領域に隣接して延びている領域からλ／４の間隔をあけてソノトロードを平坦に支持することができる。隣接して延びている領域は、溶接領域に対してλ／４±１０ｍｍの間隔を有する。ソノトロードは、長さＮ・λ／２を有し、但し、Ｎ＝正の整数である。 According to the present invention, the sonotrode is disposed at a location of the sonotrode's corrugations, i.e. at a distance of λ / 4 from the weld region or from the region extending adjacent to the weld region, by a structurally simple procedure. It can be supported flat. The adjacent extending region has a spacing of λ / 4 ± 10 mm with respect to the welding region. The sonotrode has a length N · λ / 2, where N = a positive integer.
ソノトロードを自動的に軸方向に整列させるのは、特に断面で台形形状を有する突起部を、ソノトロードの、相応に形状的に適合した凹部に係合する場合である。同時に、平坦な支持によって、軸方向の整列を行なう。従って、このような処置によって、容易に、ソノトロードをアダプタに入れかつ固定することができる。次に、アダプタを、超音波溶接装置のハウジングに入れ、かつ、例えば、ありつぎ結合により、ハウジングと結合する。ありつぎ結合は、スポット溶接システムに関して知られる。この点までは、シュンク・ゾノジュステームス社（在ドイツ連邦共和国ヴェッテンベルク）のＤＳ２０II型の超音波溶接装置から読み取れる。このような構造を明確に参照されたい。 The sonotrode is automatically aligned in the axial direction, especially when the protrusions having a trapezoidal shape in cross section are engaged with the correspondingly conformable recesses of the sonotrode. At the same time, axial alignment is achieved by flat support. Therefore, the sonotrode can be easily put into the adapter and fixed by such treatment. The adapter is then placed in the housing of the ultrasonic welding apparatus and coupled to the housing, for example by dovetail coupling. Dovetail coupling is known for spot welding systems. Up to this point, it can be read from the DS20II type ultrasonic welding apparatus of Schunk Zonojutems (Wettenberg, Germany). Please refer to such a structure clearly.
特には、本発明は、ソノトロードは長さλを有すること、長手方向に見て、ソノトロードの中央領域には、溶接領域が延びていること、第１の軸受は溶接領域の一側に延びており、第２の軸受は、λ／４の間隔をあけて、溶接領域の他側に延びており、第２の軸受は特にプラスチック軸受であることを特徴とする。この場合、ソノトロードは、第２の軸受に形状にぴったりと支持されており、かつ、ソノトロード側で、側辺を持つＵ字形を有し、側辺の内法間隔は、開口部側で、側辺の間のソノトロードの横断面幅と同じか、それよりわずかに大きい。従って、構造的に簡単な処置によって、ソノトロードを第２の軸受に挿入または取り外すことができる。 In particular, according to the present invention, the sonotrode has a length λ, and when viewed in the longitudinal direction, a welding region extends in the central region of the sonotrode, and the first bearing extends to one side of the welding region. The second bearing extends to the other side of the welding area with a spacing of λ / 4, and the second bearing is in particular a plastic bearing. In this case, the sonotrode is closely supported by the shape of the second bearing, and has a U shape with a side on the sonotrode side, and the internal spacing of the side is on the side of the opening. Same or slightly larger than the cross-sectional width of the sonotrode between the sides. Thus, the sonotrode can be inserted or removed from the second bearing by a simple structural procedure.
しかしまた、本発明は、ソノトロードがブースタに接続されていてもよく、該ブースタは、ソノトロードの長手方向で、溶接領域から、またはこの溶接領域に隣接する領域から間隔３／４λをあけて、第３の軸受に支持されており、この軸受は、特に、好ましくは可動軸受の形態をとるプラスチック軸受であることを特徴とする。この場合、第３の軸受は、２つの部分軸受要素からなることが可能であり、これらの部分軸受要素は、夫々、ブースタ側で、ブースタのための半円形のアダプタを有する。 However, the present invention also provides that the sonotrode may be connected to a booster, the booster extending in the longitudinal direction of the sonotrode at a distance of 3 / 4λ from the weld region or from a region adjacent to the weld region. 3, which is in particular characterized in that it is a plastic bearing, preferably in the form of a movable bearing. In this case, the third bearing can consist of two partial bearing elements, each having a semicircular adapter for the booster on the booster side.
ソノトロードの長手軸線方向における、突起部上のソノトロードの支持面が長さLを有し、但し、１ｍｍ≦Ｌ≦１０ｍｍであり、および／または幅Ｂを有し、但し、５ｍｍ≦Ｂ≦６０ｍｍであることが、特に意図されている。幅は、ソノトロードの長手方向軸線に対し垂直に延びている。ソノトロードの長手方向軸線に対し垂直にある各々の側辺の高さ、すなわち、凹部の深さＴｓは、１ｍｍ≦Ｔｓ≦５ｍｍであるほうがよい。天辺と２つの側辺との間の角度αは、９０°≦α≦１５０°であるほうがよい。 The support surface of the sonotrode on the protrusion in the longitudinal direction of the sonotrode has a length L, provided that 1 mm ≦ L ≦ 10 mm and / or has a width B, provided that 5 mm ≦ B ≦ 60 mm It is specifically intended to be. The width extends perpendicular to the longitudinal axis of the sonotrode. The height of each side perpendicular to the longitudinal axis of the sonotrode, that is, the depth Ts of the recess is preferably 1 mm ≦ Ts ≦ 5 mm. The angle α between the top side and the two side sides is preferably 90 ° ≦ α ≦ 150 °.
本発明の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる複数の好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。 Other details, advantages and features of the present invention include preferred embodiments as seen from the drawings, as well as from the claims and from the claims, which may be derived from the claims alone and / or in combination. It is clear from the following description.
基本的には同じ要素に同じ参照符号を使用することができる図では、本発明によれば第１の軸受に支持されているソノトロードの種々の実施の形態が示されている。煩雑な調整処置の必要なしに、軸受によって、ソノトロードを有するオシレータの調整および位置決めを容易に可能にする。適切なオシレータを、超音波溶接システムに組み込む。その目的は、金属部品を溶接するためであり、特に、ストランドのエンドノードまたはトランジットノード、ラインを、コンタクトまたはＩＧＢＴのような電気素子と溶接するためである。 In the figures in which the same reference numerals can be used for essentially the same elements, various embodiments of a sonotrode supported on a first bearing are shown according to the invention. Bearings facilitate the adjustment and positioning of an oscillator with a sonotrode, without the need for complicated adjustment procedures. Appropriate oscillators are incorporated into the ultrasonic welding system. Its purpose is to weld metal parts, in particular to weld end or transit nodes, lines of strands with electrical elements such as contacts or IGBTs.
図１には、超音波溶接システムが全く原理的に示されている。超音波溶接システムを用いて、エンドノードを形成すべく、ストランドを溶接するように意図される。システムは、超音波溶接装置または超音波溶接機１０を有する。超音波溶接装置または超音波溶接機は、通常は、実施の形態では、ブースタ１４と、ソノトロード１６とからなるオシレータに接続されたコンバータ１２を有する。ソノトロード１６は、波腹の位置で延びている自らのヘッド１８に、溶接面を有する。溶接面には、対向電極２０(アンビルともいう)およびサイドスライダ２１，２３が割り当てられている。３者は、全体として、圧縮空間１８を区画する。 In FIG. 1, an ultrasonic welding system is shown in principle. An ultrasonic welding system is used to weld the strands to form end nodes. The system has an ultrasonic welding device or ultrasonic welder 10. An ultrasonic welding apparatus or an ultrasonic welding machine usually includes a converter 12 connected to an oscillator including a booster 14 and a sonotrode 16 in the embodiment. The sonotrode 16 has a welding surface on its own head 18 extending at the antinode position. A counter electrode 20 (also referred to as an anvil) and side sliders 21 and 23 are assigned to the welding surface. The three parties define the compression space 18 as a whole.
コンバータ１２は、ライン２２を介して、ジェネレータ２４に接続されている。 Converter 12 is connected to generator 24 via line 22.
ジェネレータ自体は、ライン２６を介して、コンピュータ２８に接続されている。溶接されるストランドの材料の溶接パラメータおよび横断面を入力し、かつ、適切に記憶された値を取り出すことができる。しかしながら、この点までは、従来の技術の十分に知られた超音波溶接システムを参照されたい。 The generator itself is connected to a computer 28 via line 26. The welding parameters and cross-section of the material of the strand to be welded can be entered and the appropriately stored values can be retrieved. To this point, however, reference is made to the well-known ultrasonic welding system of the prior art.
再現可能な溶接を行なうためには、ソノトロードの正確な軸方向および径方向の取付が必要である。この場合、軸受は、ソノトロードの波節の位置で、従って、溶接面からのλ／４の間隔で延びている。この溶接面は、対向電極に割り当てられ、かつ、溶接面と対向電極との間には、溶接される材料が設けられる。λは、超音波の励起の際にソノトロードを振動させるために用いる波長である。 Accurate axial and radial mounting of the sonotrode is necessary for reproducible welding. In this case, the bearings extend at the location of the sonotrode wave node and thus at a distance of λ / 4 from the weld surface. This welding surface is assigned to the counter electrode, and a material to be welded is provided between the welding surface and the counter electrode. λ is a wavelength used to vibrate the sonotrode during excitation of ultrasonic waves.
間隔λ／４は、この間隔に隣接する領域を含む。長さλを有するソノトロードでは、間隔はλ／４±５ｍｍであってもよい。長さλ／２を有するソノトロードでは、間隔は、例えばλ／４±５ｍｍであってもよい。 The interval λ / 4 includes a region adjacent to the interval. For a sonotrode having a length λ, the spacing may be λ / 4 ± 5 mm. For a sonotrode having a length λ / 2, the spacing may be, for example, λ / 4 ± 5 mm.
図２では、超音波溶接システム１００の部分図が示されている。超音波溶接システムは、波長λに対応する長さλのソノトロード１１６を有し、以下で詳述するように、支持された状態で機械本体１１８に取り付けられている。ソノトロード１１６は、中央領域には、圧縮空間を下側で区画する溶接面１２０を有する。圧縮空間は、更に、溶接面１２０に対し垂直に延びているスライダ１２２と、アンビル１２６の、スライダに向かい合っているガイド１２４とによって、区画される。アンビルは、ソノトロード１１６の溶接面１２０に対し水平に移動可能であり、かつガイド１２４によってその方向に調整可能である。この点までは、EP 566 233 A1に記載されている十分に知られた構造体を参照されたい。この公報の開示内容に対して、明確に言及する。 In FIG. 2, a partial view of the ultrasonic welding system 100 is shown. The ultrasonic welding system has a sonotrode 116 of length λ corresponding to the wavelength λ and is attached to the machine body 118 in a supported state, as will be described in detail below. The sonotrode 116 has a welding surface 120 that divides the compression space on the lower side in the central region. The compression space is further delimited by a slider 122 extending perpendicular to the weld surface 120 and a guide 124 of the anvil 126 facing the slider. The anvil can move horizontally relative to the welding surface 120 of the sonotrode 116 and can be adjusted in that direction by the guide 124. To this point, reference is made to the well known structures described in EP 566 233 A1. Reference will be made explicitly to the disclosure of this publication.
ソノトロード１１６は、ブースタ１２８に接続されている。ブースタは、図１によればコンバータ１２から始まる。 The sonotrode 116 is connected to the booster 128. The booster starts from the converter 12 according to FIG.
ソノトロード１１６と、ブースタ１２８と、コンバータ１２とからなるオシレータのための軸受を、図３および５ないし７を参照して詳述する。 A bearing for an oscillator consisting of a sonotrode 116, a booster 128 and a converter 12 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 5-7.
図３からは、ソノトロード１１６の、しかも第１の軸受１３０の領域の、部分長手方向断面図が見て取れる。第１の軸受は、ソノトロード１１６の波節の位置で延びている。ここでは、第１の軸受１３０は、超音波溶接システムすなわち機械本体１１８におけるソノトロード１１６の軸方向のおよび径方向の整列、従ってまた、ガイド１２４のスライダ１２２およびアンビル１２６によって区画される圧縮空間への整然とした整列を保証する。 From FIG. 3 a partial longitudinal section of the sonotrode 116 and also in the region of the first bearing 130 can be seen. The first bearing extends at the position of the wave node of the sonotrode 116. Here, the first bearing 130 is in an ultrasonic welding system or machine body 118 in the axial and radial alignment of the sonotrode 116 and thus also into the compression space defined by the slider 122 and the anvil 126 of the guide 124. Ensuring orderly alignment.
図３から明らかなように、第１の軸受１３０は、断面が台形でありかつ支持体として用いられる突起部１３２を有する。この突起部は、ソノトロード１１６の長手方向軸線に平行に延びている底面１３４と、この底面から始まりかつ長手方向軸線に対し横方向に延びている側面またはフランク１３６，１３８とを有し、かつ、ソノトロード１１６の、対応の凹部１４０に係合する。凹部１４０は、凹部１４０に直径方向に対向する凹部１４２の輪郭が示すように、断面で、同様に、台形の形状を有する。対応する凹部１４０，１４２があるのは、EP 1 566 233 A1にも記載されているように、圧縮空間に、所望の程度に、溶接面１２０，１６８の一方に割り当てるべく、ソノトロード１１６を自らの長手方向軸線を中心として回転させることができるためである。 As is apparent from FIG. 3, the first bearing 130 has a trapezoidal section and a protrusion 132 used as a support. The projection has a bottom surface 134 extending parallel to the longitudinal axis of the sonotrode 116, side surfaces or flanks 136, 138 starting from the bottom surface and extending transversely to the longitudinal axis, and The sonotrode 116 engages with a corresponding recess 140. The recess 140 has a trapezoidal shape in cross section as indicated by the outline of the recess 142 facing the recess 140 in the diametrical direction. Corresponding recesses 140, 142 are present, as described in EP 1 566 233 A1, so that the sonotrode 116 can be assigned to one of the welding surfaces 120, 168 in the compression space to the desired extent. This is because it can be rotated about the longitudinal axis.
凹部１４０を、凹部１４２を用いて詳述する。断面図から見て取れるように、凹部１４２は、底面１４４と、この底面から始まる側面またはフランク１４６，１４８とを有する。フランク１４６，１４８の間隔は、突起部１３２のフランク１３６，１３８の間隔よりもわずかに大きい。ソノトロード１１６を第１の軸受１３０に載置するとき、突起部１３２の底面１４０は、凹部１４０の底面１４４上に平らに載っている。このことによって、径方向の整列を行なう。更に、フランク１４６，１４８の間隔は、フランク１３６，１３８の間隔よりもわずかに大きい。それ故に、フランク１４６，１４８の少なくとも一方は、突起部１３２のフランク１３６，１３８の一方に接触することができる。何故ならば、図面では左側のフランク１３６，１４６従ってまた右側のフランク１３８，１４８は、互いに平行に延びているからである。このことによって、ソノトロード１１６の軸方向の整列も行なう。 The recess 140 will be described in detail using the recess 142. As can be seen from the cross-sectional view, the recess 142 has a bottom surface 144 and side surfaces or flanks 146, 148 starting from the bottom surface. The interval between the flanks 146 and 148 is slightly larger than the interval between the flanks 136 and 138 of the protrusion 132. When the sonotrode 116 is placed on the first bearing 130, the bottom surface 140 of the protrusion 132 is placed flat on the bottom surface 144 of the recess 140. Thus, radial alignment is performed. Further, the spacing between the flanks 146, 148 is slightly larger than the spacing between the flanks 136, 138. Therefore, at least one of the flanks 146 and 148 can contact one of the flanks 136 and 138 of the protrusion 132. This is because in the drawing, the left flank 136, 146 and thus the right flank 138, 148 extend parallel to each other. Thus, the sonotrode 116 is also aligned in the axial direction.
突起部１３２を有する第１の軸受１３０は、図６，９および１２からも明らかなように、実施の形態では、Ｕ字形の支持体１５０の側辺である。これらの図から見て取れるように、ソノトロード１１６を側辺のうちの１つへ押圧し、従って、固定する。図２の実施の形態では、ソノトロード１１６を、Ｕ字形の支持体１５０の側辺１５１へ押圧する。 As is apparent from FIGS. 6, 9, and 12, the first bearing 130 having the protrusion 132 is a side of the U-shaped support 150 in the embodiment. As can be seen from these figures, the sonotrode 116 is pressed against one of the sides and is thus fixed. In the embodiment of FIG. 2, the sonotrode 116 is pressed against the side 151 of the U-shaped support 150.
圧力要素は、例えば、ねじであり、かつ、機械本体１１８から始まってもよい。図２に示すように、圧力要素は、ねじ要素１５２である。このねじ要素は、ソノトロード１１６から間隔をあけて延びている、Ｕ字形の支持体１５０の左側の側辺１５６を貫通する。 The pressure element is, for example, a screw and may start from the machine body 118. As shown in FIG. 2, the pressure element is a screw element 152. This screw element passes through the left side 156 of the U-shaped support 150, which is spaced from the sonotrode 116.
溶接面１２０と第１の軸受１３０との間の間隔は、λ／４である。第１の軸受１３０は、ソノトロード１１６の波節の位置で延びており、溶接面１２０は波腹の位置で延びている。 The distance between the welding surface 120 and the first bearing 130 is λ / 4. The first bearing 130 extends at the wave node of the sonotrode 116, and the welding surface 120 extends at the wave antinode.
図３の部分拡大図から明らかなように、凹部１４０従ってまた凹部１４２も、以下の寸法を有するのは好ましい。底面１３４，１４４は、ソノトロード１１６の長手方向に、好ましくは１ｍｍと１０ｍｍの間の長さＬを有する。ソノトロードの長手方向軸線に対し垂直に延びている底面１３４，１４４の幅は、５ｍｍと６０ｍｍの間であるほうがよい。ソノトロードの長手方向軸線に対し垂直な凹部１４０，１４２の深さは、１ｍｍと５ｍｍの間にあるほうがよい。各々の側辺またはフランク１３６，１３８，１４６，１４８の内側は、底面１３４，１４４に対し、９０°から１５０°の角度αを形成するほうがよい。 As is clear from the partially enlarged view of FIG. 3, the recess 140 and thus also the recess 142 preferably have the following dimensions: The bottom surfaces 134, 144 have a length L in the longitudinal direction of the sonotrode 116, preferably between 1 mm and 10 mm. The width of the bottom surfaces 134, 144 extending perpendicular to the longitudinal axis of the sonotrode should be between 5 mm and 60 mm. The depth of the recesses 140, 142 perpendicular to the longitudinal axis of the sonotrode should be between 1 mm and 5 mm. The inner sides of each side or flank 136, 138, 146, 148 should form an angle α of 90 ° to 150 ° with respect to the bottom surface 134, 144.
第１の軸受１３０の材料は、以下に記載される他の第１の軸受２３０，３３０に関してと同様に、スチール、ねずみ鋳鉄のような鋳鉄、球状黒鉛を含む鋳鉄、青銅、繊維強化プラスチック、セラミック、炭素繊維強化プラスチックまたは他の適切な材料からなるほうがよい。所望の程度で制動が達成されるように、材料を選択しなければならない。更に、高い耐摩耗性が与えられているように意図される。 The material of the first bearing 130 may be steel, cast iron such as gray cast iron, cast iron containing spheroidal graphite, bronze, fiber reinforced plastic, ceramic, as with the other first bearings 230 and 330 described below. It should be made of carbon fiber reinforced plastic or other suitable material. The material must be selected so that braking is achieved to the desired degree. Furthermore, it is intended that high wear resistance is provided.
ソノトロード１１６は、溶接面１２０に関して、第１の軸受１３０の反対側で、図７に断面で示されている第２の軸受１５８に支持されている。第２の軸受１５８はプラスチック軸受である。支持体１６０は、ソノトロード１１６を形状にぴったりと（formschluessig）収容するプラスチックライニング１６２を有する。ライニング１６２は、側辺１６４，１６６を持つＵ字形ジオメトリを有する。側辺の内法間隔は、ソノトロード１１６の横断面幅と同じか、それよりわずかに大きい。それ故に、簡単な処置によって、ソノトロード１１６の装着または取り外しを可能にする。矢印Ｆによって、ソノトロード１１６が第２の軸受１５８へ力の印加をこうむることが、同様に明らかである。このことを、機械本体１１８から始まる回転レバー１６６によって実現することができる。第２の軸受は、同様に、溶接面１２０から間隔λ／４をあけて延びている。最大±１０ｍｍ、特に最大±５ｍｍのずれが可能である。 The sonotrode 116 is supported on a second bearing 158, shown in cross section in FIG. 7, on the opposite side of the first bearing 130 with respect to the welding surface 120. The second bearing 158 is a plastic bearing. The support 160 has a plastic lining 162 that houses the sonotrode 116 in a formschluessig. The lining 162 has a U-shaped geometry with sides 164,166. The internal spacing of the sides is the same as or slightly larger than the cross-sectional width of the sonotrode 116. Therefore, the sonotrode 116 can be mounted or removed by a simple procedure. It is equally clear that the arrow F causes the sonotrode 116 to apply a force to the second bearing 158. This can be achieved by a rotating lever 166 starting from the machine body 118. Similarly, the second bearing extends from the welding surface 120 with an interval λ / 4. Deviations of up to ± 10 mm, in particular up to ± 5 mm are possible.
図５から見て取れるように、溶接面１２０と反対側で、ソノトロード１１６の中央領域から、他の溶接面１６８が始まる。他の溶接面を使用するためには、ソノトロード１１６を１８０°回転しなければならない。それ故に、結果として、次に、第１の軸受１３０の台形状の突起部１３２に、図で示した上方の凹部１４４を、前記方法で係合させる。 As can be seen from FIG. 5, the other welding surface 168 starts from the central region of the sonotrode 116 on the opposite side of the welding surface 120. In order to use other welding surfaces, the sonotrode 116 must be rotated 180 °. Therefore, as a result, the upper concave portion 144 shown in the figure is engaged with the trapezoidal protrusion 132 of the first bearing 130 by the above method.
図８ないし１０には、同様に、前記構造のソノトロード１１６および軸受を有するλオシレータ（λSchwinger）が、同様に示されている。しかしながら、ソノトロード１１６は、コンバータ１２から直接始まる。第１のおよび第２の軸受１３０，１５８、ならびにソノトロード１１６へ割り当てられた部材は、前になされた記述に従って形成されている。 FIGS. 8 to 10 similarly show a λ oscillator having a sonotrode 116 and a bearing of the above structure. However, the sonotrode 116 starts directly from the converter 12. The members assigned to the first and second bearings 130, 158 and sonotrode 116 are formed in accordance with the description made previously.
図４および１１ないし１３からは、長さλ／２のソノトロード２１６およびブースタ２２８を有するオシレータ２００が見て取れる。ソノトロード２１６は、知られているように、実施の形態では２つの均一に周面に配設された溶接面２２０，２２４を有するソノトロードヘッド２１８を具備する。溶接面２２０，２２４またはソノトロードヘッド２１８の端面からの間隔λ／４で、すなわち、溶接面２２０，２２４に直ぐ隣に、軸受１３０に対応する軸受２３０が設けられている。それ故に、前者の軸受に関する説明を参照されたい。ソノトロード２１６は、突起部２３２の形状に対応して凹部１４０，１４４を有する。 From FIGS. 4 and 11 to 13 it can be seen an oscillator 200 having a sonotrode 216 and a booster 228 of length λ / 2. As is known, the sonotrode 216 includes a sonotrode head 218 having weld surfaces 220, 224 disposed on two uniformly circumferential surfaces in an embodiment. A bearing 230 corresponding to the bearing 130 is provided at a distance λ / 4 from the welding surfaces 220 and 224 or the end surface of the sonotrode head 218, that is, immediately adjacent to the welding surfaces 220 and 224. Therefore, please refer to the description regarding the former bearing. The sonotrode 216 has concave portions 140 and 144 corresponding to the shape of the protruding portion 232.
更に、ブースタ２２８は、以下で第３の軸受２５８と呼び、かつ図１３に断面で示されている軸受に支持されている。第３の軸受２５８は、２つの部分軸受要素２６０，２６２を有する。これらの部分軸受要素は、夫々、半円形の凹部２６４，２６６を有する。これらの凹部は、プラスチックからなり、かつブースタ２２８を囲むリング２６８によって被覆されている。従って、第３の軸受２５８は、可動軸受の形態のプラスチック軸受である。 Further, the booster 228 is referred to as a third bearing 258 in the following and is supported by a bearing shown in cross section in FIG. The third bearing 258 has two partial bearing elements 260 and 262. These partial bearing elements have semicircular recesses 264 and 266, respectively. These recesses are made of plastic and covered by a ring 268 that surrounds the booster 228. Thus, the third bearing 258 is a plastic bearing in the form of a movable bearing.
図１１の実施の形態によれば、有効な溶接面は、図で上方の、参照符号２２０が付された溶接面であるとき、図４では、スポット溶接システムのオシレータ３００が示されている。スポット溶接システムでは、有効な溶接面は底面に延びている。図１１ないし１３とは異なり、オシレータ３００、すなわち、オシレータのソノトロード３１６は、図形表示では、ソノトロードの上側に支持されている。すなわち、第１の軸受３３０は、図１１ないし１３の実施の形態とは異なり、下側では延びていない。第１の軸受３３０として用いられる支持体は、ロッド状の形を有し、かつ、ソノトロードの長手方向軸線の長手方向に対し垂直に延びている。ソノトロードの側には、支持体の断面は、他の実施の形態を参照して説明したように、ソノトロード３１６の、形状的に適合した凹部に係合させるためには必要な台形形状を有する。 According to the embodiment of FIG. 11, the effective welding surface is the welding surface with reference numeral 220 at the top in the figure, and in FIG. 4, the oscillator 300 of the spot welding system is shown. In a spot welding system, the effective weld surface extends to the bottom surface. Unlike FIGS. 11 to 13, the oscillator 300, that is, the sonotrode 316 of the oscillator is supported on the upper side of the sonotrode in the graphic display. That is, unlike the embodiment of FIGS. 11 to 13, the first bearing 330 does not extend on the lower side. The support used as the first bearing 330 has a rod-like shape and extends perpendicular to the longitudinal direction of the longitudinal axis of the sonotrode. On the side of the sonotrode, the cross section of the support has the trapezoidal shape necessary to engage the geometrically compatible recess of the sonotrode 316, as described with reference to other embodiments.
オシレータ３００は、図１１ないし１３の実施の形態によれば、一方では、第１の軸受３３０によって、他方では、第２の軸受３５８によって、ブースタ３２８の領域に支持される。第２の軸受３５９は図１３に示した軸受２５８に対応する。第１のおよび第２の軸受３３０，３５８は、取り囲みハウジング（Umgebaeude）３６０に設けられている。取り囲みハウジングに、オシレータ３００を押し込むことができる。その目的は、軸受３３０，３５８に固定するためである。 The oscillator 300 is supported in the region of the booster 328 on the one hand by the first bearing 330 and on the other hand by the second bearing 358 according to the embodiment of FIGS. The second bearing 359 corresponds to the bearing 258 shown in FIG. The first and second bearings 330, 358 are provided in a surrounding housing (Umgebaeude) 360. The oscillator 300 can be pushed into the surrounding housing. The purpose is to fix to the bearings 330 and 358.
取り囲みハウジング３６０は、ありつぎを形成する境界部３６２を有する。この境界部を、スポット溶接システムのハウジングの、形状的に適合したありつぎアダプタに押し入れることができる。従って、構造的に単純な処置によって、オシレータ３００をスポット溶接システムに導入することができる。オシレータ３００の再調整は不要である。何故ならば、オシレータは、本発明の教示により、径方向および軸方向に整列されているからである。 The surrounding housing 360 has a boundary 362 that forms a dovetail. This boundary can be pushed into a geometrically adapted dovetail adapter of the housing of the spot welding system. Thus, the oscillator 300 can be introduced into the spot welding system by a structurally simple procedure. Readjustment of the oscillator 300 is not necessary. This is because the oscillators are aligned radially and axially in accordance with the teachings of the present invention.
図１１によれば、図４に示したソノトロード３１６は、溶接面３２０，３２４から間隔
λ／４をあけて支持されており、λ／２の長さを有する。λはソノトロード３１６の波長
である。ブースタ３２８は、同様に、λ／２の長さを有し、第１の軸受３３０から間隔λ
／２をあけて、第２の軸受３５８に支持されている。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ オシレータ（１００，２００，３００）を有する超音波溶接装置であって、該オシレータは、波長λで振動させることができ、かつ前記ソノトロードの波腹の位置で少なくとも１つの溶接領域（１２０，１６８，２２０，２２４，３２０，３２４）を有するソノトロード（１１６，２１６，３１６）を具備し、前記ソノトロードは、自らの波節の位置で第１の軸受（１３０，２３０，３３０）に支持されている超音波溶接装置において、
前記第１の軸受（１３０，２３０，３３０）は、突起部（１３２）を有し、該突起部は、前記ソノトロードの長手方向に延びている断面で、側辺（１３６，１３８）および該側辺を結合する天辺（１４０）を持つＵ字形のジオメトリを有すること、前記突起部は、前記Ｕ字形のジオメトリに適合しており、かつ、前記ソノトロード（１１６，２１６，３１６）に形成された凹部（１４０，１４４）に係合すること、前記ソノトロードは、前記突起部の前記天辺上で平坦に支持されていること、および、前記突起部の少なくとも１つの側辺により、前記ソノトロードの軸方向整列を行なうこと、を特徴とする超音波溶接装置。
［２］ 前記突起部（１３２）は、台形形状を有し、かつ、特に断面で対称的な台形であることを特徴とする［１］に記載の超音波溶接装置。
［３］ 前記超音波溶接装置に固定されたソノトロード（１１６，２１６，３１６）では、該ソノトロードは、前記突起部（１３２）の前記側辺（１３６，１３８）のうちの一方に平坦に接触していることを特徴とする［１］または［２］に記載の超音波溶接装置。
［４］ 前記第１の軸受（１３０，２３０，３３０）は、前記突起部（１３２）の前記天辺（１４０）の長手方向軸線に対し横方向にかつ前記ソノトロード（１１６，２１６，３１６）の長手方向に延びている支持体（１５０，１５２）を有し、該支持体へ、前記ソノトロードを、該ソノトロードに作用する力（Ｆ）を介して、押圧することができることを特徴とする［１］ないし［３］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［５］ 前記ソノトロード（１１６）は長さλのソノトロードであること、その中央領域には、少なくとも１つの溶接領域（１２０，１６８）が延びていること、および、前記第１の軸受（１３０）は、前記溶接領域の一側に延びており、第２の軸受（１５８）は、間隔λ／４をあけて、前記溶接領域の他側に延びていることを特徴とする［１］ないし［４］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［６］ 前記第２の軸受（１５８）は、プラスチック軸受であることを特徴とする［１］ないし［５］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［７］ 前記ソノトロード（１１６）は、前記第２の軸受（１５８）に形状にぴったりと支持されており、この第２の軸受は、ソノトロード側で、側辺（１６２，１６４）を持つＵ字形を有し、該側辺の内法間隔は、開口部側で、前記側辺の間のソノトロードの横断面幅と同じか、またはそれよりわずかに大きいことを特徴とする［１］ないし［６］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［８］ 前記ソノトロード（１１６，２１６）は、ブースタ（１２８，２２８）に接続されており、該ブースタは、前記ソノトロードの長手方向で、前記少なくとも１つの溶接領域（１２０，１６８，２２０，２２４，３２０，３２４）からの間隔３／４λをあけて、第３の軸受（２５８）に支持されていることを特徴とする［１］ないし［７］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［９］ 前記第３の軸受（２５８）は、特に、好ましくは可動軸受の形態をとるプラスチック軸受であることを特徴とする［１］ないし［８］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
［１０］ 前記第３の軸受（２５８）は、２つの部分軸受要素（２６０，２６２）を有し、該部分軸受要素は、ブースタ側で、夫々、プラスチックで被覆されている半円形のアダプタ（２６０，２６６）を有することを特徴とする［１］ないし［９］の少なくとも１項に記載の超音波溶接装置。
According to FIG. 11, the sonotrode 316 shown in FIG. 4 is supported at a distance λ / 4 from the welding surfaces 320 and 324 and has a length of λ / 2. λ is the wavelength of the sonotrode 316. The booster 328 similarly has a length of λ / 2 and is spaced from the first bearing 330 by λ
The second bearing 358 is supported with a gap of / 2.
The matters described in the claims at the beginning of the application are appended as they are.
[1] An ultrasonic welding apparatus having an oscillator (100, 200, 300), the oscillator can be vibrated at a wavelength λ, and at least one welding region (120 at the antinode position of the sonotrode) , 168, 220, 224, 320, 324), and the sonotrode is supported by the first bearing (130, 230, 330) at the position of its own wave node. Ultrasonic welding equipment
The first bearing (130, 230, 330) has a protrusion (132), and the protrusion is a cross section extending in the longitudinal direction of the sonotrode, and has a side (136, 138) and the side. A U-shaped geometry having a crest (140) connecting sides; the protrusion is adapted to the U-shaped geometry and is a recess formed in the sonotrode (116, 216, 316) (140, 144), the sonotrode is supported flat on the top side of the protrusion, and the sonotrode is axially aligned by at least one side of the protrusion. Performing an ultrasonic welding apparatus.
[2] The ultrasonic welding apparatus according to [1], wherein the protruding portion (132) has a trapezoidal shape and is a trapezoid that is particularly symmetrical in cross section.
[3] In the sonotrode (116, 216, 316) fixed to the ultrasonic welding apparatus, the sonotrode is in flat contact with one of the side edges (136, 138) of the protrusion (132). The ultrasonic welding apparatus according to [1] or [2], wherein
[4] The first bearings (130, 230, 330) are transverse to the longitudinal axis of the top (140) of the protrusion (132) and the length of the sonotrode (116, 216, 316). It has a support body (150, 152) extending in the direction, and the sonotrode can be pressed to the support body via a force (F) acting on the sonotrode [1]. Or the ultrasonic welding device according to at least one of [3].
[5] The sonotrode (116) is a sonotrode having a length λ, at least one weld region (120, 168) extends in a central region thereof, and the first bearing (130). Extends to one side of the welding region, and the second bearing (158) extends to the other side of the welding region with an interval λ / 4. 4] The ultrasonic welding apparatus according to at least one of the above.
[6] The ultrasonic welding apparatus according to at least one of [1] to [5], wherein the second bearing (158) is a plastic bearing.
[7] The sonotrode (116) is tightly supported by the second bearing (158) in shape, and the second bearing is U-shaped on the sonotrode side and having sides (162, 164). [1] to [6] characterized in that the internal spacing of the sides is equal to or slightly larger than the cross-sectional width of the sonotrode between the sides on the opening side. ] The ultrasonic welding apparatus according to at least one of the above.
[8] The sonotrode (116, 216) is connected to a booster (128, 228), and the booster extends in the longitudinal direction of the sonotrode in the at least one welding region (120, 168, 220, 224). 320, 324) is supported by the third bearing (258) at an interval of 3 / 4λ, and the ultrasonic welding apparatus according to at least one of [1] to [7].
[9] The ultrasonic welding apparatus according to at least one of [1] to [8], wherein the third bearing (258) is a plastic bearing, preferably in the form of a movable bearing. .
[10] The third bearing (258) has two partial bearing elements (260, 262), which are semicircular adapters, each coated with plastic on the booster side ( 260, 266), the ultrasonic welding apparatus according to at least one of [1] to [9].
１００ 超音波溶接システム
１１６ ソノトロード
１２０ 溶接領域
１３０ 軸受
１３２ 突起部
１３６ 側辺
１３８ 側辺
１４０ 凹部、天辺
１４４ 凹部
１６８ 溶接領域
２００ オシレータ
２１６ ソノトロード
２２０ 溶接領域
２２４ 溶接領域
２３０ 軸受
３００ オシレータ
３１６ ソノトロード
３２０ 溶接領域
３２４ 溶接領域
３３０ 軸受
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ultrasonic welding system 116 Sonotrode 120 Welding area 130 Bearing 132 Protrusion part 136 Side edge 138 Side edge 140 Concave part, Top part 144 Recessed part 168 Welding area 200 Oscillator 216 Sonotrode 220 Welding area 224 Welding area 230 Bearing 300 Oscillator 316 Sonotrode 24 320 Welding area Welding area 330 Bearing
Claims (11)
前記第１の軸受（１３０，２３０，３３０）は、突起部（１３２）を有し、該突起部は、前記ソノトロードの長手方向に延びている断面で、側辺（１３６，１３８）および該側辺を結合する天辺（１４０）を持つＵ字形のジオメトリを有すること、前記突起部は、前記Ｕ字形のジオメトリに適合しており、かつ、前記ソノトロード（１１６，２１６，３１６）に形成された凹部（１４０，１４４）に係合すること、前記ソノトロードは、前記突起部の前記天辺上で平坦に支持されていること、および、前記突起部の少なくとも１つの側辺により、前記ソノトロードの軸方向整列を行なうこと、を特徴とする超音波溶接装置。 An ultrasonic welding device having an oscillator (100, 200, 300), said oscillator can be oscillated at the wavelength lambda, or Tsuso Notorodo least one weld region at the position of the antinodes of the (120,168 , 220, 224, 320, 324) having a sonotrode (116, 216, 316) supported by the first bearing (130, 230, 330) at the position of its own wave node. In ultrasonic welding equipment,
The first bearing (130, 230, 330) has a protrusion (132), and the protrusion is a cross section extending in the longitudinal direction of the sonotrode, and has a side (136, 138) and the side. A U-shaped geometry having a crest (140) connecting sides; the protrusion is adapted to the U-shaped geometry and is a recess formed in the sonotrode (116, 216, 316) (140, 144), the sonotrode is supported flat on the top side of the protrusion, and the sonotrode is axially aligned by at least one side of the protrusion. Performing an ultrasonic welding apparatus.
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